Степанов Сергей Степанович – д-р. мед. наук, старший научный сотрудник кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии
Омск
Sergei S. Stepanov – Doct. Sci, (Med.), leading researcher of the Department of histology, cytology and embryology
Omsk
Шоронова Анастасия Юрьевна – аспирант кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии
Омск
Anastasiya Yu. Shoronova – postgraduate student of the Department of histology, cytology and embryology
Omsk
Акулинин Виктор Александрович – д-р. мед. наук, профессор, зав. кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии
ул. Ленина, 12, Омск, 644099
Viktor A. Akulinin – Doct. Sci. (Med.), Prof., head of the Department of histology, cytology and embryology
ul. Lenina, 12, Omsk, 644099
Коржук Михаил Сергеевич – д-р. мед. наук, профессор кафедры и клиники военно-морской хирургии
Санкт-Петербург
Mikhail S. Korzhuk – Doct. Sci. (Med.), professor of the Department and Clinic of Naval Surgery
St. Petersburg
Макарьева Любовь Михайловна – ассистент кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии
Омск
Lyubov' M. Makar'eva – teaching assistant of the Department of histology, cytology and embryology
Omsk
Авдеев Дмитрий Борисович – канд. ветеринар. наук, доцент кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии
Омск
Dmitrii B. Avdeev – Cand. Sci. (Vet.), associate professor of the Department of histology, cytology and embryology
Omsk
Степанова Людмила Владимировна – канд. ветеринар. наук, старший преподаватель кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии
Омск
Lyudmila V. Stepanova – Cand. Sci. (Vet.), senior lecturer of the Department of histology, cytology and embryology
Omsk
Цускман Ирина Геннадиевна – канд. ветеринар. наук, доцент кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии
Омск
Irina G. Tsuskman – Cand. Sci. (Vet.), associate professor of the Department of histology, cytology and embryology
Omsk
Цель исследования – изучить реорганизацию глиоцитов и экспрессию GFAP в неокортексе крыс с помощью гистологических, иммуноморфологических и морфометрических методов (в частности фрактального анализа) после тяжелой черепно-мозговой травмы (ТЧМТ).
Материал и методы. Моделирование ТЧМТ проводили при помощи запатентованного устройства с ударным механизмом, основанного на принципе передачи кинетической энергии падающего цилиндрического груза. В ходе эксперимента крысы были разделены на 2 группы: основную (n=30) и контрольную (интактную, n=6). Головной мозг у крыс извлекали через 1, 3, 7, 14 и 30 сут после травмы. Оценку глиоцитов слоев III и V сенсомоторной коры (СМК) проводили путем анализа гистологических препаратов, окрашенных гематоксилином и эозином, тионином при помощи световой микроскопии, иммуногистохимической реакции на глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP) и морфометрической обработки в программе Image 1.53. Фрактальный анализ астроцитарной сети осуществляли с помощью плагина FracLac 2.5. Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью непараметрических методов в программе Statistica 10.0.
Результаты. На всем протяжении посттравматического периода изменения нейронов СМК сопровождались увеличением численной плотности глиоцитов. Максимальные значения содержания микроглиоцитов регистрировались уже через 1 сут после ТЧМТ. В слое III СМК их доля увеличивалась на 13,4%, а в слое V СМК – на 24,2% по сравнению с контролем. Минимальный показатель численной плотности олигодендроцитов отмечался через 30 сут после ТЧМТ: в слое III СМК его значение было на 32,2% ниже, а в слое V СМК – на 43,9% ниже, чем в контроле. Через 1 сут после травмы происходило статистически значимое увеличение численной плотности астроцитов в слоях III и V CМК выше контрольных значений. В течение 30 сут, содержание глиоцитов уменьшалось: в слое III СМК – на 23%, а в слое V СМК – на 26,8%. При экспрессии GFAP в слое III и V СМК встречались протоплазматические и волокнистые астроциты, отличающиеся размером тела и длиной отростков. Показатели, характеризующие отростки, как пространственный объект, статистически значимо изменялись в сравнении с контролем и в посттравматическом периоде между сроками. Наиболее сильно изменялась фрактальная размерность и отмечалась высокая лакунарность в слое III СМК. В течение 14 сут показатель был меньше контрольного значения, а в слое V СМК к этому сроку он восстанавливался. Наблюдаемые явления свидетельствовали о более высокой реактивной реорганизации отростков астроцитов мелкоклеточного слоя III СМК крыс.
Заключение. После ТЧМТ в СМК прослеживалась неоднородная реорганизация нейроглиального комплекса. Обнаруженные изменения численной плотности глиоцитов в слоях III и V СМК на протяжении всего посттравматического периода имели гетерохронный характер. Данные морфометрического анализа подтверждали пространственную реорганизацию астроцитов, активную пролиферацию микроглиоцитов и олигодендроцитов – изменений, способствующих компенсаторной защите структур нервной ткани СМК в условиях посттравматического периода.
The aim was to study the reorganization of gliocytes and GFAP expression of the rat neocortex using histological, immunomorphological and morphometric methods (in particular fractal analysis) after severe traumatic brain injury (STBI).
Material and methods. Modeling of STBI was performed using a patented device with a shock mechanism based on the principle of transferring kinetic energy of a falling cylindrical load. During the experiment, the rats were divided into 2 groups: main (n=30) and control (intact, n=6). The brain of rats was extracted after 1, 3, 7, 14 and 30 days after heavy traumatic brain injury. The assessment of the glia of layers III and V of the sensorimotor cortex (SMC) was carried out by analyzing histological preparations of the rat brain (stained with hematoxylin-eosin and thionin) using light microscopy, immunohistochemical reaction to glial fibrillary acid protein (GFAP) and morphometric processing in the Image 1.53 program. Fractal analysis was performed using the FracLac 2.5 plugin to evaluate the astrocyte network. Statistical processing of the data obtained was carried out using nonparametric methods of information processing of the application package Statistica 10.0 programs.
Results. Throughout the post-traumatic period, changes in the SMC neurons were accompanied by an increase in the numerical density of gliocytes. The maximum peak of the microglyocyte content was higher already 1 day after HTBI: by 13.4% in layer III of the SMC and by 24.2% in layer V of the SMC. The minimum indicator of the numerical density of oligodendrocytes was observed 30 days after HTBI: in layer III of the SMC by 32.2%, and in layer V of the SMC – 43.9%. 1 day after the injury, there was a statistically significant increase in the numerical density of astrocytes in layers III and V of the SMC above the control values. During 30 days, the content of gliocytes decreased: in layer III of the SMC – 23%, and in layer V of the SMC – 26.8%. When GFAP was expressed, protoplasmic and fibrous astrocytes differing in body size and length of processes were found in layer III and V of the SMC. The indicators characterizing the appendages as a spatial object changed statistically significantly in comparison with the control and in the post-traumatic period between terms. The fractal dimension changed the most and a high lacunarity was observed in layer III of the SMC. For 14 days, the indicator was less than the reference value, and by this time it was already recovering in layer V of the SMC. Taken together, all this indicated a higher reactive reorganization of the processes of astrocytes of the small cell layer of the III SMC.
Conclusion. After a heavy traumatic brain injury, a heterogeneous reorganization of the neuroglial complex was observed in the sensorimotor cortex (SMC). The detected changes in the numerical density of gliocytes in layers III and V of the SMC throughout the post-traumatic period were heterochronous. Morphometric analysis data confirmed the spatial reorganization of astrocytes, active proliferation of microglyocytes and oligodendrocytes – changes that contribute to the compensatory protection of the structures of the nervous tissue of the SMC in the post-traumatic period.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.